JP3413484B2 - Laser annealing equipment - Google Patents

Laser annealing equipment

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザアニーリン
グ装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser annealing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造の分野では、半導体基板にイ
オンを注入した後、そのイオン注入によって生じた結晶
ひずみ(格子欠陥)を除去する目的、あるいは注入され
たイオンを活性化する目的で、その半導体基板の熱処理
(アニーリング)が行なわれる。このようなアニーリン
グ行う装置の一つとして、レーザビームを用いてアニー
リングを行うレーザアニーリング装置が有る。
2. Description of the Related Art In the field of semiconductor manufacturing, after implanting ions into a semiconductor substrate, the purpose is to remove the crystal strain (lattice defect) caused by the ion implantation or to activate the implanted ions. Heat treatment (annealing) of the semiconductor substrate is performed. As one of the devices for performing such annealing, there is a laser annealing device for performing annealing using a laser beam.

【0003】レーザアニーリング装置は、また、多結晶
シリコン薄膜を作製する目的で、アモルファスシリコン
薄膜を溶融、再結晶化するためにも使用される。
Laser annealing equipment is also used to melt and recrystallize amorphous silicon thin films for the purpose of making polycrystalline silicon thin films.

【0004】従来のレーザアニーリング装置は、レーザ
ビームを発生するレーザ発振器(エキシマレーザ等)
と、レーザ発振器からのレーザビームを整形する光学系
(シリンドリカルレンズ等)とを備えている。
A conventional laser annealing apparatus is a laser oscillator (excimer laser, etc.) for generating a laser beam.
And an optical system (such as a cylindrical lens) for shaping the laser beam from the laser oscillator.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】レーザアニーリング装
置を用いてアニーリングを行う場合、その処理に要求さ
れる精度に応じて、精密で照射面積が比較的小さい矩形
ビームと、粗く照射面積が比較的大きい長尺ビーム(上
記矩形ビームとの関係から、便宜上、長尺ビームと呼ぶ
が、その形状は矩形に近い。)とを使い分ける必要が有
る。ところが、従来のレーザアニーリング装置では、そ
の光学系によって規定される1つの形状のレーザビーム
しか照射することができないので、このような2つの形
状のレーザビームの使い分けを行うには、互いに異なる
光学系を備えた2台のレーザアニーリング装置を用意し
なければならない。このため、従来のレーザアニーリン
グ装置を用いて2つの形状のレーザビームを使い分ける
には、多大なコストと、大きなフットプリントとを要す
るという問題点がある。
When annealing is performed by using a laser annealing device, a precise rectangular beam having a relatively small irradiation area and a coarse irradiation area having a relatively large irradiation area are provided according to the precision required for the processing. It is necessary to properly use a long beam (which is called a long beam for the sake of convenience in relation to the rectangular beam, but its shape is close to a rectangle). However, since the conventional laser annealing apparatus can irradiate only the laser beam having one shape defined by the optical system, in order to properly use the two types of laser beams, the optical systems different from each other are used. It is necessary to prepare two laser annealing devices equipped with. Therefore, there is a problem that a large cost and a large footprint are required to properly use the two types of laser beams by using the conventional laser annealing apparatus.

【0006】本発明は、形状の異なる2つのレーザビー
ムを、処理基板に照射することができるレーザアニーリ
ング装置を提供し、もってコストの低減及びフットプリ
ントの縮小を目的とする。
The present invention provides a laser annealing apparatus capable of irradiating a processing substrate with two laser beams having different shapes, and an object thereof is to reduce the cost and the footprint.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、処理基
板に照射するためのレーザビームを発生するレーザ発振
器と、該レーザ発振器から出射した前記レーザビームを
整形して前記処理基板に照射する光学系とを備えたレー
ザアニーリング装置において、前記光学系として、互い
に異なる形状に前記レーザビームを整形する2系統の光
学系を設け、かつ、これら2系統の光学系に対して選択
的に前記レーザビームを入射させる光路切替手段を設
け、前記2系統の光学系のうちいずれか一方を通過した
前記レーザビームを前記処理基板に照射するようにした
ことを特徴とするレーザアニーリング装置が得られる。
According to the present invention, a laser oscillator for generating a laser beam for irradiating a processing substrate, and the laser beam emitted from the laser oscillator are shaped and applied to the processing substrate. In a laser annealing device including an optical system, as the optical system, two systems of optical systems that shape the laser beam into mutually different shapes are provided, and the laser is selectively applied to these two systems of optical systems. A laser annealing apparatus is provided, which is provided with an optical path switching means for making a beam incident, and irradiates the processing substrate with the laser beam that has passed through one of the two optical systems.

【0008】具体的には、本発明は、前記2系統の光学
系の一方を通過したレーザビームの形状が矩形であり、
他方の光学系を通過したレーザビームの形状が前記矩形
の長辺より長い長辺を有する長尺形であることを特徴と
する。また、本発明は、前記光路切替手段が、全反射ミ
ラーと、該全反射ミラーを直動させる空気圧式シリンダ
とを有し、前記全反射ミラーを前記レーザ発振器から出
射するレーザビームの光路上に進入/退避させること
で、前記レーザビームが前記2系統の光学系のいずれか
に選択的に入射するようにしたことを特徴とする。
Specifically, in the present invention, the shape of the laser beam that has passed through one of the two optical systems is rectangular.
It is characterized in that the shape of the laser beam that has passed through the other optical system is an elongated shape having a longer side than the longer side of the rectangle. Further, in the present invention, the optical path switching means has a total reflection mirror and a pneumatic cylinder for directly moving the total reflection mirror, and the total reflection mirror is on the optical path of a laser beam emitted from the laser oscillator. It is characterized in that the laser beam is selectively made incident on one of the two optical systems by advancing / retreating.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1に本発明の一実施の形態を示す。この
レーザアニーリング装置は、レーザビームを発生するレ
ーザ発振器11、レーザ発振器11からのレーザビーム
を整形する矩形ビーム用光学系12及び長尺ビーム用光
学系13、光路切替用ミラー14、光路切替用ミラー1
4を駆動してレーザ発振器11から出射するレーザビー
ムの光路上へ出し入れするための空気圧シリンダ15、
及び複数のミラー16a,16,及び16cを有してい
る。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. This laser annealing device includes a laser oscillator 11 that generates a laser beam, a rectangular beam optical system 12 and a long beam optical system 13 that shapes the laser beam from the laser oscillator 11, an optical path switching mirror 14, and an optical path switching mirror. 1
A pneumatic cylinder 15 for driving the laser beam 4 into and out of the optical path of the laser beam emitted from the laser oscillator 11,
And a plurality of mirrors 16a, 16 and 16c.

【0011】レーザ発振器11は、例えば紫外域のレー
ザビームをパルス発振するエキシマレーザ発振器であ
る。このレーザ発振器11は、長尺ビーム用光学系13
に向かってレーザビームを出射させる。
The laser oscillator 11 is, for example, an excimer laser oscillator that oscillates a laser beam in the ultraviolet region. The laser oscillator 11 includes a long beam optical system 13
A laser beam is emitted toward.

【0012】光路切替用ミラー14は、レーザ発振器1
1からのレーザビームを全反射するミラーである。この
光路切替用ミラー14は、空気圧式シリンダ15によっ
て、レーザ発振器11と長尺ビーム用光学系13を結ぶ
光路上に出し入れ可能となっている。つまり、空気圧式
シリンダ15は、レーザ発振器11から出射し、長尺ビ
ーム用光学系13へと向かうレーザビームの光路上に光
路切替用ミラー14を進入させ、またそこから光路切替
用ミラー14を退避させる。
The optical path switching mirror 14 is the laser oscillator 1
It is a mirror that totally reflects the laser beam from 1. The optical path switching mirror 14 can be moved in and out of an optical path connecting the laser oscillator 11 and the long beam optical system 13 by a pneumatic cylinder 15. That is, the pneumatic cylinder 15 causes the optical path switching mirror 14 to enter the optical path of the laser beam emitted from the laser oscillator 11 and directed to the long beam optical system 13, and retracts the optical path switching mirror 14 from there. Let

【0013】空気圧式シリンダ15により光路切替用ミ
ラー14を光路上に進入させたとき、レーザビームは光
路切替用ミラー14によって反射され、進行方向を変え
る。そして、光路切替用ミラー14で反射されたレーザ
ビームは、ミラー16aを介して矩形ビーム用光学系1
2に入射する。逆に、空気圧式シリンダ15により光路
切替用ミラー14を光路上から退避させると、レーザビ
ームは直進して長尺ビーム用光学系13に入射する。
When the optical path switching mirror 14 is moved into the optical path by the pneumatic cylinder 15, the laser beam is reflected by the optical path switching mirror 14 and changes its traveling direction. Then, the laser beam reflected by the optical path switching mirror 14 passes through the mirror 16a and the rectangular beam optical system 1 is used.
Incident on 2. Conversely, when the optical path switching mirror 14 is retracted from the optical path by the pneumatic cylinder 15, the laser beam goes straight and enters the long beam optical system 13.

【0014】矩形ビーム用光学系12は、集光レンズ
(図示せず)を有している。この集光レンズは、矩形ビ
ーム用光学系12に入射したレーザビームを集光して、
断面形状が矩形(正方形を含む)のレーザビームを出射
させる。矩形ビーム用光学系12から出射したレーザビ
ームは、ミラー16bにて反射され、処理基板17に照
射される。
The rectangular beam optical system 12 has a condenser lens (not shown). This condenser lens condenses the laser beam that has entered the rectangular beam optical system 12,
A laser beam having a rectangular cross section (including a square) is emitted. The laser beam emitted from the rectangular beam optical system 12 is reflected by the mirror 16b and is applied to the processing substrate 17.

【0015】一方、長尺ビーム用光学系13は、シリン
ドリカルレンズ(図示せず)を有している。そして、シ
リンドリカルレンズは、入射したレーザビームを一軸方
向に関して集光し、その断面形状が長尺状(線状)のレ
ーザビームを出射させる。ここで、このシリンドリカル
レンズに別のシリンドリカルレンズを組み合わせること
で、線状のレーザビームの幅のみならず長さをも調節す
るようにできる。なお、長尺ヒビーム用光学系13は、
シリンドリカルレンズに代えてホモジナイザを有してい
てもよい。長尺ビーム用光学系13から出射したレーザ
ビームは、ミラー16cにて反射され、処理基板17に
照射される。
On the other hand, the long beam optical system 13 has a cylindrical lens (not shown). Then, the cylindrical lens collects the incident laser beam in the uniaxial direction and emits the laser beam having a long cross section (linear shape). Here, by combining this cylindrical lens with another cylindrical lens, not only the width of the linear laser beam but also its length can be adjusted. The long hi-beam optical system 13 is
It may have a homogenizer instead of the cylindrical lens. The laser beam emitted from the long beam optical system 13 is reflected by the mirror 16c and applied to the processing substrate 17.

【0016】以上の構成により、本実施の形態によるレ
ーザアニーリング装置では、光路切替用ミラーを光路上
に進入又は退避させることにより、矩形ビーム用光学系
及び長尺ビーム用光学系のいずれか一方に、レーザビー
ムを入射させることができる。つまり、このレーザアニ
ーリング装置によれば、処理の目的に応じて矩形ビーム
又は長尺ビームを使い分けることができる。しかも、矩
形ビーム用光学系及び長尺ビーム用光学系を備えた点
と、光路切替用ミラー等を備えた点を除き、従来のレー
ザアニーリング装置と同じであるので、2台のレーザア
ニーリング装置を用いる場合に比べ、コストを低減する
ことができる。また、矩形ビーム光学系と長尺ビーム用
光学系とを上下方向に配置させることで、そのフットプ
リントを従来のレーザアニーリング装置とほぼ同じにす
ることができる。
With the above structure, in the laser annealing apparatus according to the present embodiment, the optical path switching mirror is moved in or out of the optical path so that either the rectangular beam optical system or the long beam optical system can be used. , A laser beam can be incident. That is, according to this laser annealing apparatus, a rectangular beam or a long beam can be selectively used according to the purpose of processing. Moreover, since it is the same as the conventional laser annealing device except that it has an optical system for a rectangular beam and an optical system for a long beam, and that it has an optical path switching mirror and the like, two laser annealing devices are required. The cost can be reduced as compared with the case of using. Further, by arranging the rectangular beam optical system and the long beam optical system in the vertical direction, the footprint can be made almost the same as that of the conventional laser annealing device.

【0017】なお、実際のレーザアニーリング装置で
は、ビームの強さを調整するためのアッテネータ、レー
ザビームの広がり角を補正するための補正光学系、エネ
ルギー分布を等しくする均一光学系、ビームを整形する
ビームエキスパンダー等が、必要に応じて設けられる
が、これらは例えば、レーザ発振器11と光路切替用ミ
ラー14の挿入位置との間に設けられる。
In an actual laser annealing apparatus, an attenuator for adjusting the beam intensity, a correction optical system for correcting the divergence angle of the laser beam, a uniform optical system for equalizing energy distribution, and a beam shaping. A beam expander or the like is provided as necessary, and these are provided, for example, between the laser oscillator 11 and the insertion position of the optical path switching mirror 14.

【0018】また、本実施の形態では、光路切替用ミラ
ー14を空気圧式シリンダ15駆動するようにしたが、
これに限られるものではなく、モータ等を用いてもよ
い。また、光路切替用ミラー14は、必ずしも直動させ
る必要は無く、回動させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the optical path switching mirror 14 is driven by the pneumatic cylinder 15.
The present invention is not limited to this, and a motor or the like may be used. Further, the optical path switching mirror 14 does not necessarily have to be directly moved, but may be rotated.

【0019】また、本実施の形態では、処理基板の保持
機構等について説明していないが、通常、処理基板は、
プロセスチャンバ内で基板ホルダ等に保持され、不活性
ガス雰囲気下に置かれている。そして、レーザビーム
は、プロセスチャンバに設けらたウインドウを通して行
なわれる。
In this embodiment, the processing substrate holding mechanism and the like are not described, but normally the processing substrate is
The substrate is held by a substrate holder or the like in the process chamber and placed under an inert gas atmosphere. Then, the laser beam is emitted through a window provided in the process chamber.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、レーザアニーリング装
置の光学系として2つ光学系を設け、これら2つの光学
系に選択的にレーザ発振器からのレーザビームを入射さ
せる光路切替手段を設けたことで、2種のレーザビーム
を使い分けることができるレーザアニーリング装置が得
られ、コストの低減、フットプリントの縮小を実現でき
る。
According to the present invention, two optical systems are provided as the optical system of the laser annealing apparatus, and the optical path switching means for selectively making the laser beam from the laser oscillator incident on these two optical systems is provided. Thus, it is possible to obtain a laser annealing device capable of selectively using two types of laser beams, and it is possible to realize cost reduction and footprint reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態によるレーザアニーリン
グ装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser annealing device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 レーザ発振器 12 矩形ビーム用光学系 13 長尺ビーム用光学系 14 光路切替用ミラー 15 空気圧式シリンダ 16a,16b,16c ミラー 17 処理基板 11 Laser oscillator 12 Optical system for rectangular beam 13 Long beam optical system 14 Optical path switching mirror 15 Pneumatic cylinder 16a, 16b, 16c mirror 17 Processed substrate

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 処理基板に照射すべきレーザビームを発
生するレーザ発振器と、該レーザ発振器から出射した前
記レーザビームを整形して前記処理基板に照射する光学
系とを備えたレーザアニーリング装置において、 前記光学系として、互いに異なる形状に前記レーザビー
ムを整形する2系統の光学系を設け、かつ、これら2系
統の光学系に対して選択的に前記レーザビームを入射さ
せる光路切替手段を設け、前記2系統の光学系のうちい
ずれか一方を通過した前記レーザビームを前記処理基板
に照射するようにしたことを特徴とするレーザアニーリ
ング装置。
1. A laser annealing apparatus comprising: a laser oscillator that generates a laser beam to be irradiated onto a processing substrate; and an optical system that shapes the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates the processing substrate. As the optical system, two optical systems for shaping the laser beam into different shapes are provided, and an optical path switching means for selectively making the laser beam incident on the two optical systems is provided. A laser annealing apparatus, wherein the laser beam that has passed through one of two optical systems is applied to the processing substrate.
【請求項2】 前記2系統の光学系の一方を通過したレ
ーザビームの形状が矩形であり、他方の光学系を通過し
たレーザビームの形状が前記矩形の長辺より長い長辺を
有する長尺形であることを特徴とする請求項1のレーザ
アニーリング装置。
2. A long laser beam having one of the two optical systems having a rectangular shape and a laser beam having the other optical system having a long side longer than the long side of the rectangle. The laser annealing device of claim 1, wherein the laser annealing device has a shape.
【請求項3】 前記光路切替手段が、全反射ミラーと、
該全反射ミラーを直動させる空気圧式シリンダとを有
し、前記全反射ミラーを前記レーザ発振器から出射する
レーザビームの光路上に進入/退避させることで、前記
レーザビームが前記2系統の光学系のいずれかに選択的
に入射するようにしたことを特徴とする請求項1又は2
のレーザアニーリング装置。
3. The optical path switching means includes a total reflection mirror,
A pneumatic cylinder for directly moving the total reflection mirror, and by moving the total reflection mirror in and out of the optical path of the laser beam emitted from the laser oscillator, the laser beam has two optical systems. 3. The light is selectively made incident on either of the above.
Laser annealing equipment.
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